专利名称：基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置及其激光产生方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器，特别涉及基于潜通信应用的全固态0.5um波段范围绿光、0. 4um波段范围蓝光及0. 2um波段范围紫外光三波长蓝、绿、紫外激光同时输出的固体激光装置及其激光的产生方法。
背景技术：
自1960年世界上第一台红宝石激光器诞生以来，各类激光器及激光技术发展极为迅速，其中，多波长激光器的发展备受瞩目，由于它克服了传统激光器输出单一波长的缺陷，在激光医学、激光彩色显示、激光全彩色电影、大气监测及科学实验中占有重要的地位，颇有理论研究价值和应用价值，国内外都有利用非线性光学晶体进行激光频率变换以获得多波长激光的相关报道，但到目前为止，有关多波长激光器件的报道，大多数都集中在医学、显示及演示领域中的应用，如采用一台全固态锁模激光器和一台光纤激光器提供的基频光通过腔外倍频与和频获红、绿、蓝三基色激光同时输出(US. Patent，Pub. No. US2001/0010698A1,RGB Laser Radiation Source)；中国专利(公开号14111 ΠΑ)中采用一块PPKTP晶体实现了红、黄、蓝三波长激光同时输出。而在激光水下探测与水下潜通信方面的应用，有关多波长激光装置及应用的报道很少。激光探测技术在水下目标搜索、海洋地质勘探、目标识别等领域都具有重要的应用价值，人们在研究光波在海洋中的传播特性时， 发现海水对0. 4-0. 5um波段内的蓝绿激光的衰减比对其他波段的衰减要小得多，从而证实了在海水中存在一个理想的透光窗口。这一物理现象的发现使激光水下探测成为可能。目前，中国专利(ZL专利号90100168. 6)中采用激光二极管发射的980-1000nm光束通过KTP 晶体倍频产生490-500nm的蓝绿激光，但该装置蓝绿光波段范围较小，不能完全满足探测需求。中国专利(ZL专利号95106927.6)中提到的蓝绿激光血管内照射治疗仪，采用的半导体泵浦的蓝光410nm、绿光532nm，功率在5_200mW之间变化，由于功率太低，只适合于医学某些疾病的治疗。此外，在海洋通讯中，某些地方藻类的存在会影响通讯效果，不利于信息传输，所以在同一激光装置中，应用蓝绿激光进行水下探测，在必要的时候利用紫外激光进行除藻清除，以保证潜通信的顺利进行，而关于此方面的综合应用还未见报道。因此，根据实际需求与潜通信激光装置的发展状况，开发设计此蓝、绿、紫外三波长激光器有着重要的实际应用价值。
发明内容
本发明为了解决目前采用激光二极管或半导体泵浦发射的蓝绿光波，不同程度的存在波段范围较小，功率太低，不能完全满足在海洋通讯中探测需求等技术问题，提供了一种基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置及其激光产生方法。所述激光装置是一种基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，以掺杂Nd3+的激光晶体作为工作物质，利用偏振分光棱镜和直角反射棱镜，使不同波长不同偏振方向的基频光在各自独立的谐振腔内分别形成稳定的振荡，同时与非线性和频与倍频技术相结合，实现蓝、绿、紫外激光同时输出，充分利用了基频光的能量，是具有转换效率高、结构紧凑、运转成本低、调节灵活方便、工作安全、用途广泛的蓝、绿、紫外同时输出的固体激光装置。该装置包括双棒串接第一掺杂Nd3+的激光晶体和第二掺杂Nd3+的激光晶体，双棒串接第一掺杂Nd3+的激光晶体和第二掺杂Nd3+的激光晶体的竖直光路上依次设置有第一 45°反射镜，第一掺杂Nd3+激光晶体及其泵浦源、第二掺杂Nd3+激光晶体及其泵浦源、第二 45°反射镜、偏振分束器、第一倍频晶体、第一平面反射镜、第二倍频晶体、第三45°反射镜；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第一 45°反射镜的一面依次设置有第一谐波反射镜、第三倍频晶体和第一耦合输出镜；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第二 45°反射镜的一面依次设置有第二谐波反射镜、第四倍频晶体、第一和频晶体和第二耦合输出镜；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第三45°反射镜的一面依次设置有第三谐波反射镜、第二和频晶体和第三耦合输出镜；与所述水平光路垂直的光路上第三45°反射镜的另一面放置有直角反射棱镜；其中所述第一45°反射镜靠近第一掺杂Nd3+的激光晶体的一面镀有1. Oum和1. 3um波段范围基频光高反膜(反射率R > 99. 8% )；所述第二45°反射镜靠近第二掺杂Nd3+的激光晶体的一面镀有1. 3um波段范围基频光高反膜(反射率R> 99. 8%)和l.Oum波段范围基频光增透膜(透过率T > 99. 8% )， 另一面镀有1. Oum波段范围基频光增透膜(透过率T >99. 8%)；所述第三45°反射镜两面均镀有1. Oum波段范围基频光高透膜(透过率丁> 99.8%),靠近第二倍频晶体的一面还镀有0. 2um波段范围紫外光高反膜(反射率R > 99. 8% )；所述第一平面反射镜两面均镀有0.5um波段范围倍频光增透膜(透过率T > 99.8%),靠近第一倍频晶体的一面还镀有1. Oum波段范围基频光高反膜(反射率R > 99. 8% )；所述偏振分束器靠近第二 45°反射镜的一面镀有1. Oum波段范围‘S’偏振和‘P’ 偏振基频光增透膜(透过率T > 99. 8% )，靠近第一倍频晶体的一面镀有1. Oum波段范围 ‘S’偏振光增透膜(透过率！1 > 99.8% )，靠近直角反射棱镜的一面镀有l.Oum波段范围 ‘P，偏振光增透膜(透过率T > 99. 8% )。所述第一谐波反射镜两通光面均镀有1. 3um和1. Oum波段范围基频光增透膜(透过率T > 99. 8 % )，靠近第三倍频晶体的一面还镀有0. 5um波段范围倍频光高反膜(反射率R >99. 8%)；第二谐波反射镜两通光面均镀有1.3um波段范围基频光增透膜(透过率 T > 99. 8% )，靠近第四倍频晶体的一面还镀有0. 6um波段范围倍频光高反膜(反射率R > 99.8%)；第三谐波反射镜两通光面均镀有1. Oum波段范围基频光和0. 2um波段范围倍频光增透膜(透过率T > 99. 8 % )，靠近第二和频晶体的一面还镀有0. 2um波段范围和频光高反膜(反射率R> 99.8% )。所述第一耦合输出镜靠近第三倍频晶体的一面镀有1. 3um和1. Oum波段范围基频光高反膜(反射率R > 99. 8% )及0. 5波段范围倍频光高透膜；第二耦合输出镜靠近第一和频晶体的一面镀有1. 3um波段范围基频光和0. 6um波段范围倍频光高反膜(反射率R> 99. 8% )及0. 4波段范围和频光高透膜；第三耦合输出镜靠近第二和频晶体的一面镀有 1. Oum波段范围基频光和0. 2um波段范围倍频光高反膜(反射率R > 99. 8% )及0. 2波段范围和频光高透膜(透过率T > 99. 8% )。所述直角反射棱镜22al面镀有1. Oum波段范围‘P’偏振光增透膜(透过率T > 99.8%)且垂直于上述第一掺杂Nd3+的激光晶体和第二掺杂Nd3+的激光晶体的竖直光路与竖直光路垂直的水平光路所构成的平面，直角反射棱镜22a2面和a 3面均镀有1. Oum波段范围‘P’偏振光高反膜(反射率R > 99. 8% )且两平面互相垂直。所述基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置的激光产生方法按照下述步骤进行1)第一掺杂Nd3+的激光晶体和第二掺杂Nd3+的激光晶体分别吸收侧面第一泵浦源和侧面第二泵浦源辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd3+在能级4F3/2-4I11/2和 4F372-4I1372之间分别跃迁，产生1. Oum和1. 3um波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由两掺杂Nd3+的激光晶体提供的竖直向上发射的l.Oum波段范围的基频光经第一 45°反射镜反射后第一谐波反射镜入射到第三倍频晶体，经第三倍频晶体倍频产生0. 5um波段范围绿光，产生的绿光与未经转换的1. Oum波段范围基频光一同到达第一耦合输出镜，1. Oum波段范围基频光被反射后再次通过第三倍频晶体产生倍频绿光，两次通过第三倍频晶体产生的倍频绿光被第一谐波反射镜反射后一同经第一耦合输出镜水平输出腔外，两次经倍频后剩余的1. Oum波段范围基频光沿原路返回经第一掺杂Nd3+的激光晶体、第二掺杂Nd3+的激光晶体后，与竖直向下产生的l.Oum波段范围基频光一同经第二 45°反射镜到达偏振分束器，偏振分束器将其分成两路，即竖直通过的‘S’偏振和水平反射的‘P’偏振l.Oum波段范围基频光，其中， 第一路竖直通过的‘S’偏振1. Oum波段范围基频光经第一倍频晶体倍频产生0. 5um波段范围绿光后，经第一平面反射镜反射再次通过第一倍频晶体，两次产生的绿光经第一平面反射镜输出到第二倍频晶体，而剩余‘S’偏振l.Oum波段范围基频光原路返回到第一耦合输出镜，在第一耦合输出镜和第一平面反射镜之间形成稳定振荡与光放大和倍频绿光的产生与输出；2)经偏振分束器水平方向反射的1. Oum波段范围‘P’偏振基频光垂直直角反射棱镜al面入射到a2面，经a2面和a3面两次反射后，经al面水平方向输出到达第三45°反射镜；3)步骤1)中所述由第一平面反射镜输出的0. 5um波段范围绿光经第二倍频晶体倍频后产生0. 26um波段范围紫外光，该波段范围紫外光经第三45°反射镜反射后与步骤 2)中到达第三45°反射镜的l.Oum波段范围‘ρ’偏振基频光一同经第三谐波反射镜到达第二和频晶体，经和频作用后，剩余1. Oum波段范围‘ρ’偏振基频光和0. ^kmi波段范围紫外光再次通过第二和频晶体，两次和频作用后产生的0. 21um波段紫外激光经第三谐波反射镜反射后由第三耦合输出镜水平输出腔外，剩余l.Oum波段范围‘ρ’偏振基频光则沿原路返回第一耦合输出镜，在第一耦合输出镜和第三耦合输出镜之间形成稳定振荡与光放大， 并与0. 26um波段紫外光和频产生0. 2Ium波段的紫外激光输出；4)在步骤1)中由两掺杂Nd3+的激光晶体竖直向上发射的1.3um波段范围的基频光经第一 45°反射镜、第一谐波反射镜和第三倍频晶体入射到第一耦合输出镜，经反射沿原路返回与两掺杂Nd3+的激光晶体竖直向下发射的1.3um波段范围的基频光一同由第二 45°反射镜反射，通过第二谐波反射镜到达第四倍频晶体产生0. 6um波段范围红光，第四倍频晶体左端面发出的0. 6um波段范围红光经第二谐波反射镜反射后同右端面发出的 0. 6um波段范围红光与剩余1. 3um波段范围的基频光一同通过第一和频晶体产生0. 4um波段范围蓝光，由第二耦合输出镜水平输出腔外，剩余未经转换的1.3um波段范围的基频光和0. 6um波段范围红光沿原路返回，1. 3um波段范围的基频光在第一耦合输出镜和第二耦合输出镜之间形成稳定振荡，0. 6um波段范围红光在第二谐波反射镜和第二耦合输出镜之间形成稳定振荡。本发明的特点及有益效果由于采用双棒Nd3+激光晶体提供1. Oum和1. 3um波段范围双波长基频光，同时应用腔内倍频与和频技术以及采用偏振分束器和直角反射棱镜对不同偏振状态基频光进行控制，充分利用了基频光的能量，具有结构新颖、转换效率高、结构紧凑、运转成本低、调节灵活方便、工作安全、用途广泛的等特点，特别适合应用于水下探测与水下潜通信等领域。
图1为本发明中蓝、绿、紫外三波长激光同时输出的固体激光装置的结构示意图；
具体实施例方式附图1为本发明的实施例。下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。参看图1，基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置包括双棒串接第一掺杂 Nd3+的激光晶体1和第二掺杂Nd3+的激光晶体2，双棒串接第一掺杂Nd3+的激光晶体1和第二掺杂Nd3+的激光晶体2的竖直光路上依次设置有第一 45°反射镜5，第一掺杂Nd3+激光晶体1及其泵浦源3、第二掺杂Nd3+激光晶体2及其泵浦源4、第二 45°反射镜6、偏振分束器7、第一倍频晶体8、第一平面反射镜9、第二倍频晶体10、第三45°反射镜11 ；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第一 45°反射镜5的一面依次设置有第一谐波反射镜12、第三倍频晶体13和第一耦合输出镜14 ；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第二 45°反射镜6的一面依次设置有第二谐波反射镜15、第四倍频晶体16、第一和频晶体17和第二耦合输出镜18 ；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第三45°反射镜11的一面依次设置有第三谐波反射镜19、第二和频晶体20和第三耦合输出镜21 ；与所述水平光路垂直的光路上第三45°反。射镜11的另一面放置有直角反射棱镜22。其中，所述第一 45°反射镜5 靠近第一掺杂Nd3+的激光晶体1的一面镀有1. Oum和1. 3um波段范围基频光高反膜；所述第二 45°反射镜6靠近第二掺杂Nd3+的激光晶体2的一面镀有1. 3um波段范围基频光高反膜和1. Oum波段范围基频光增透膜，另一面镀有1. Oum波段范围基频光增透膜；所述第三 45°反射镜11两面均镀有1. Oum波段范围基频光高透膜，靠近第二倍频晶体10的一面还镀有0. 2um波段范围紫外光高反膜；所述第一平面反射镜9两面均镀有0. 5um波段范围倍频光增透膜，靠近第一倍频晶体8的一面还镀有1. Oum波段范围基频光高反膜。所述偏振分束器7靠近第二 45°反射镜6的一面镀有1. Oum波段范围‘S’偏振和‘P’偏振基频光增透膜，靠近第一倍频晶体8的一面镀有l.Oum波段范围‘S’偏振光增透膜，靠近直角反射棱镜22的一面镀有1. Oum波段范围‘ρ’偏振光增透膜。所述第一谐波反射镜12两通光面均镀有1. 3um和1. Oum波段范围基频光增透膜， 靠近第三倍频晶体13的一面还镀有0. 5um波段范围倍频光高反膜；第二谐波反射镜15两通光面均镀有1. 3um波段范围基频光增透膜，靠近第四倍频晶体16的一面还镀有0. 6um波段范围倍频光高反膜；第三谐波反射镜19两通光面均镀有1. Oum波段范围基频光和0. 2um 波段范围倍频光增透膜，靠近第二和频晶体20的一面还镀有0. 2um波段范围和频光高反膜。所述第一耦合输出镜14靠近第三倍频晶体13的一面镀有1. 3um和1. Oum波段范围基频光高反膜及0. 5波段范围倍频光高透膜；第二耦合输出镜18靠近第一和频晶体17 的一面镀有1. 3um波段范围基频光和0. 6um波段范围倍频光高反膜及0. 4波段范围和频光高透膜；第三耦合输出镜21靠近第二和频晶体20的一面镀有1. Oum波段范围基频光和 0. 2um波段范围倍频光高反膜及0. 2波段范围和频光高透膜。所述直角反射棱镜22al面镀有1. Oum波段范围‘P’偏振光增透膜且垂直于上述第一掺杂Nd3+的激光晶体1和第二掺杂Nd3+的激光晶体2的竖直光路与竖直光路垂直的水平光路所构成的平面，a2面和a3面均镀有1. Oum波段范围‘ρ’偏振光高反膜且两平面互
相垂直。所述第一掺杂Nd3+的激光晶体1和第二掺杂Nd3+的激光晶体2为掺钕钇铝石榴石 Nd3+ YAG、掺钕钒酸钇Nd3+ YVO4、掺钕铝酸钇Nd3+ YAP、掺钕氟化钇锂Nd3+ YLF激光晶体中的同一种晶体，晶体两通光面均镀有1. Oum和1. 3um波段范围基频光增透膜。所述第一掺杂Nd3+激光晶体1的泵浦源3和第二掺杂Nd3+激光晶体2的泵浦源4 为激光二极管泵浦源或是氙灯泵浦源。所述第一倍频晶体8、第三倍频晶体13和第四倍频晶体16为三硼酸锂LB0、β -偏硼酸钡ΒΒ0、磷酸钛氧钾KTP中的同一种晶体，或分别为其中的任意一种晶体；所述第二倍频晶体10为铯-锂-硼酸盐晶体CLB0、β -偏硼酸钡BBO和三硼酸铯CBO晶体中的一种晶体；所述第一和频晶体17为三硼酸锂LBO晶体；所述第二和频晶体20为铯-锂-硼酸盐晶体CLBO和β -偏硼酸钡BBO晶体中的一种晶体。所述直角反射棱镜22的a3和a2两面互相垂直，al面的长度大于偏振分束器7到第三45°反射镜11的竖直方向光路的长度。基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，其激光产生方法按照下述步骤进行1)第一掺杂Nd3+的激光晶体1和第二掺杂Nd3+的激光晶体2分别吸收侧面第一泵浦源3和侧面第二泵浦源4辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd3+在能级4Fv2-4Iiv2 和4F3/2」I13/2之间分别跃迁，产生1. Oum和1. 3um波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由两掺杂Nd3+的激光晶体提供的竖直向上发射的1. Oum波段范围的基频光经第一45°反射镜5反射后第一谐波反射镜12入射到第三倍频晶体13，经第三倍频晶体13倍频产生0. 5um波段范围绿光， 产生的绿光与未经转换的l.Oum波段范围基频光一同到达第一耦合输出镜14，l.Oum波段范围基频光被反射后再次通过第三倍频晶体13产生倍频绿光，两次通过第三倍频晶体13产生的倍频绿光被第一谐波反射镜12反射后一同经第一耦合输出镜14水平输出腔外，两次经倍频后剩余的l.Oum波段范围基频光沿原路返回经第一掺杂Nd3+的激光晶体1、第二掺杂Nd3+的激光晶体2后，与竖直向下产生的1. Oum波段范围基频光一同经第二 45°反射镜6到达偏振分束器7，偏振分束器7将其分成两路，即竖直通过的‘S’偏振和水平反射的 ‘P’偏振l.Oum波段范围基频光，其中，第一路竖直通过的‘S’偏振l.Oum波段范围基频光经第一倍频晶体8倍频产生0. 5um波段范围绿光后，经第一平面反射镜9反射再次通过第一倍频晶体8，两次产生的绿光经第一平面反射镜9输出到第二倍频晶体10，而剩余‘S’偏振1. Oum波段范围基频光原路返回到第一耦合输出镜14，在第一耦合输出镜14和第一平面反射镜9之间形成稳定振荡与光放大和倍频绿光的产生与输出；2)经偏振分束器7水平方向反射的1. Oum波段范围‘ρ’偏振基频光垂直直角反射棱镜22al面入射到a2面，经a2面和a3面两次反射后，经al面水平方向输出到达第三 45°反射镜11 ；3)步骤1)中所述由第一平面反射镜输出的0. 5um波段范围绿光经第二倍频晶体 10倍频后产生0.沈！!!!!波段范围紫外光，该波段范围紫外光经第三45°反射镜11反射后与步骤2)中到达第三45°反射镜11的l.Oum波段范围‘P’偏振基频光一同经第三谐波反射镜19到达第二和频晶体20，经和频作用后，剩余1. Oum波段范围‘ρ’偏振基频光和0. 26um 波段范围紫外光再次通过第二和频晶体20，两次和频作用后产生的0. 21um波段紫外激光经第三谐波反射镜19反射后由第三耦合输出镜21水平输出腔外，剩余1. Oum波段范围‘ρ’ 偏振基频光则沿原路返回第一耦合输出镜14，在第一耦合输出镜14和第三耦合输出镜21 之间形成稳定振荡与光放大，并与0. 26um波段紫外光和频产生0. 2Ium波段的紫外激光输出；4)在步骤1)中由两掺杂Nd3+的激光晶体竖直向上发射的1. 3um波段范围的基频光经第一 45°反射镜5、第一谐波反射镜12和第三倍频晶体13入射到第一耦合输出镜14， 经反射沿原路返回与两掺杂Nd3+的激光晶体竖直向下发射的1. 3um波段范围的基频光一同由第二 45°反射镜6反射，通过第二谐波反射镜15到达第四倍频晶体16产生0. 6um波段范围红光，第四倍频晶体16左端面发出的0. 6um波段范围红光经第二谐波反射镜15反射后同右端面发出的0. 6um波段范围红光与剩余1. 3um波段范围的基频光一同通过第一和频晶体17产生0. 4um波段范围蓝光，由第二耦合输出镜18水平输出腔外，剩余未经转换的 1. 3um波段范围的基频光和0. 6um波段范围红光沿原路返回，1. 3um波段范围的基频光在第一耦合输出镜14和第二耦合输出镜18之间形成稳定振荡，0. 6um波段范围红光在第二谐波反射镜15和第二耦合输出镜18之间形成稳定振荡。实施例1参看图1为LD侧面泵浦Nd3+ = YAG同时输出532nm绿光、440nm蓝光、213nm紫外光三波长可见光激光装置。该装置第一耦合输出镜14与第一 45°反射镜5和第一平面反射镜9构成1064nm‘s’偏振光谐振腔，与第一 45°反射镜5、偏振分束器7、直角反射棱镜22、 第三45°反射镜11以及第三耦合输出镜21构成1064nm ‘ρ’偏振光谐振腔；与第一 45° 反射镜5、第二 45°反射镜6及第二耦合输出镜18构成1319nm基频光谐振腔。双棒串接第一 Nd3+ = YAG激光晶体1和第二 Nd3+ = YAG激光晶体2的竖直光路上依次设置有第一 45°反射镜5，第一掺杂Nd3+激光晶体1及其泵浦源3、第二掺杂Nd3+激光晶体2及其泵浦源4、第二 45°反射镜6、偏振分束器7、第一倍频晶体8、第一平面反射镜9、第二倍频晶体10、第三 45°反射镜11 ；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第一 45°反射镜5的一面依次设置有第一谐波反射镜12、第三倍频晶体13和第一耦合输出镜14;与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第二 45°反射镜6的一面依次设置有第二谐波反射镜15、第四倍频晶体16、第一和频晶体17和第二耦合输出镜18 ；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第三45°反射镜11的一面依次设置有第三谐波反射镜19、第二和频晶体20和第三耦合输出镜21 ；在所述第三45°反射镜11的水平光路另一面的垂直光路上放置有直角反射棱镜22。所有镜片均为固定在二维调整架上的平面镜，直径均为Φ = 20mm，其中，第一 45°反射镜5靠近激光晶体的一面镀有1064nm和1319nm基频光高反膜(R > 99. 8% )； 所述第二 45°反射镜6靠近激光晶体的一面镀有1319nm基频光高反膜(R>99.8%)和 1064nm基频光增透膜(T > 99. 8% )，另一面镀有1064nm基频光增透膜(T > 99. 8% )；所述第三45°反射镜11两面均镀有1064nm基频光高透膜(T > 99. 8% )，靠近第二倍频晶体 10的一面还镀有沈6歷紫外光高反膜(R > 99. 8% )；第一45°反射镜5靠近激光晶体的一面镀有1064nm和1319nm基频光高反膜(R> 99.8)；所述第二 45°反射镜6靠近激光晶体的一面镀有1319nm基频光高反膜(R> 99. 8) 和1064nm基频光增透膜(T > 99. 8)，另一面镀有1064nm基频光增透膜(T > 99. 8)；所述第三45°反射镜11两面均镀有1064nm基频光高透膜(T > 99. 8)，靠近第二倍频晶体10 的一面还镀有紫外光高反膜(R > 99. 8)；所述第一平面反射镜9两面均镀有532nm倍频光增透膜(T > 99. 8)，靠近第一倍频晶体8的一面还镀有1064nm基频光高反膜(R > 99. 8)。所述偏振分束器7靠近第二 45°反射镜6的一面镀有1064nm ‘S’偏振和‘ρ’偏振基频光增透膜(Τ > 99. 8)，靠近第一倍频晶体8的一面镀有1064nm ‘S，偏振光增透膜 (T > 99. 8)，靠近直角反射棱镜22的一面镀有1064nm ‘ρ’偏振光增透膜(Τ > 99. 8)。第一谐波反射镜12两通光面均镀有1319nm和1064nm基频光增透膜(T > 99. 8)， 靠近第三倍频晶体13的一面还镀有532nm倍频光高反膜(R > 99. 8)；第二谐波反射镜15 两通光面均镀有1319nm基频光增透膜(T > 99. 8)，靠近第四倍频晶体16的一面还镀有 660nm倍频光高反膜(R > 99. 8)；第三谐波反射镜19两通光面均镀有1064nm基频光和 266nm倍频光增透膜(T > 99. 8)，靠近第二和频晶体20的一面还镀有213nm和频光高反膜 (R > 99. 8)。第一耦合输出镜14靠近第三倍频晶体13的一面镀有1319nm和1064nm基频光高反膜(R > 99. 8)及0. 5倍频光高透膜(T > 99. 8)；第二耦合输出镜18靠近第一和频晶体 17的一面镀有1319nm基频光和660nm倍频光高反膜(R > 99. 8)及0. 4和频光高透膜(T
>99. 8)；第三耦合输出镜21靠近第二和频晶体20的一面镀有1064nm基频光和倍频光高反膜(R > 99. 8)及213nm和频光高透膜(T > 99. 8)。直角反射棱镜22al面镀有1064nm ‘ρ，偏振光增透膜(Τ > 99. 8)且垂直于上述第一掺杂Nd3+的激光晶体1和第二掺杂Nd3+的激光晶体2的竖直光路与竖直光路垂直的水平光路所构成的平面，直角反射棱镜22a2面和a3面均镀有1064nm ‘ρ’偏振光高反膜(R
>99. 8)且两平面互相垂直。第一 Nd3+ = YAG激光晶体1和第二 Nd3+ = YAG激光晶体2中Nd3+的掺杂浓度均为1. Oa，尺寸均为Φ3Χ 10mm，每晶体两通光面均镀有1064nm和1319nm高透膜(T > 99. 8).第一倍频晶体8和第三倍频晶体13均为II类临界相位匹配的(θ =90°，Φ = 23. 8° )ΚΤΡ晶体，尺寸为3mmX3mmX5mm，两通光面均镀有1064nm和532nm双色增透膜(T >99.8% )，侧面均勻涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。第二倍频晶体10和第二和频晶体20均采用I类临界相位匹配的BBO晶体，临界角分别为(θ = 47. 6°，Φ = 0° )和(θ = 51. 1°，Φ = 0° )，尺寸均为 3讓 3讓 5讓， 侧面均勻涂有银粉并用铟箔包裹后放于水冷散热铜块中。第四倍频晶体16和第一和频晶体17分别选用I类非临界相位匹配的LBO晶体 (θ = 85. 9°，Φ = 0° )和II类非临界相位匹配的(θ = 0°，Φ = 0° )LB0晶体，尺寸均为3；35讓3，两通光面均镀有1319nm、660nm和440nm三色增透膜(T > 95. 5% )。直角反射棱镜22的a2和a3两面互相垂直，al面的长度大于偏振分束器7到第三45°反射镜11的竖直方向光路的长度。al面镀有1064nm增透膜(T > 99. 8% )，a2和 a3两面镀有1064nm高反膜(R > 98. 5% )。三波长激光产生方法按如下步骤进行1)第一 Nd3+ YAG激光晶体1和第二 Nd3+ YAG激光晶体2分别吸收LD (Laser diode)侧面泵浦源3和4辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd3+在能级4F3/2-4I11/2 和4F3/2-4I13/2之间分别跃迁，产生1064nm和1319nm的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由两掺杂Nd3+的激光晶体1和激光晶体2提供的竖直向上发射的1064nm的基频光经第一 45°反射镜5反射后第一谐波反射镜12入射到第三倍频晶体KTP13，经第三倍频晶体KTP13倍频产生532nm绿光，产生的绿光与未经转换的1064nm基频光一同到达第一耦合输出镜14，1064nm基频光被反射后再次通过第三倍频晶体KTP13产生倍频绿光，两次通过第三倍频晶体13产生的倍频绿光被第一谐波反射镜12反射后一同经第一耦合输出镜14水平输出腔外，两次经倍频后剩余的1064nm基频光沿原路返回经第一 Nd3+: YAG激光晶体1、第二 Nd3+: YAG激光晶体2后， 与竖直向下产生的1064nm基频光一同经第二 45°反射镜6到达偏振分束器7，偏振分束器 7将其分成两路，即竖直通过的‘S’偏振和水平反射的‘P’偏振1064nm基频光，其中，第一路竖直通过的‘S’偏振1064nm基频光经第一倍频晶体KTP 8倍频产生532nm绿光后，经第一平面反射镜9反射再次通过第一倍频晶体KTP 8，两次产生的绿光经第一平面反射镜9输出到第二倍频晶体BBO 10，而剩余‘S’偏振1064nm基频光原路返回到第一耦合输出镜14， 在第一耦合输出镜14和第一平面反射镜9之间形成稳定振荡与光放大和倍频绿光的产生与输出；2)经偏振分束器7水平方向反射的1064nm ‘P’偏振基频光垂直直角反射棱镜22 的al面入射到a2面，经a2面和a3面两次反射后，经al面水平方向输出到达第三45°反射镜11 ；3)步骤1)中所述由第一平面反射镜输出的532nm绿光经第二倍频晶体BB010倍频后产生^^!!!!!紫外光，该紫外光经第三45°反射镜11反射后与步骤幻中到达第三45° 反射镜11的1064nm ‘ρ’偏振基频光一同经第三谐波反射镜19到达第二和频晶体ΒΒ020， 经和频作用后，剩余1064nm ‘P，偏振基频光和紫外光再次通过第二和频晶体BB020， 两次和频作用后产生的213nm紫外激光经第三谐波反射镜19反射后由第三耦合输出镜21水平输出腔外，剩余1064nm ‘ρ’偏振基频光则沿原路返回第一耦合输出镜14，在第一耦合输出镜14和第三耦合输出镜21之间形成稳定振荡与光放大，并与紫外光和频产生 213nm的紫外激光输出； 4)在步骤1)中由两Nd3+ = YAG激光晶体竖直向上发射的1319nm基频光经第一45° 反射镜5、第一谐波反射镜12和第三倍频晶体13入射到第一耦合输出镜14，经反射沿原路返回与两Nd3+ = YAG激光晶体竖直向下发射的1319nm基频光一同由第二 45°反射镜6反射， 通过第二谐波反射镜15到达第四倍频晶体LBO 16产生660nm红光，第四倍频晶体LBO 16 左端面发出的660nm红光经第二谐波反射镜15反射后同右端面发出的660nm红光与剩余 1. 3um的基频光一同通过第一和频晶体LBO 17产生440nm蓝光，由第二耦合输出镜18水平输出腔外，剩余未经转换的1319nm基频光和660nm红光沿原路返回，1319nm基频光在第一耦合输出镜14和第二耦合输出镜18之间形成稳定振荡，660nm红光在第二谐波反射镜15 和第二耦合输出镜18之间形成稳定振荡。
权利要求
1. 一种基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，包括双棒串接第一掺杂Nd3+的激光晶体⑴和第二掺杂Nd3+的激光晶体O)，其特征在于，双棒串接第一掺杂Nd3+的激光晶体(1)和第二掺杂Nd3+的激光晶体O)的竖直光路上依次设置有第一 45°反射镜(5)，第一掺杂Nd3+激光晶体(1)及其泵浦源(3)、第二掺杂Nd3+激光晶体( 及其泵浦源、第二45°反射镜(6)、偏振分束器(7)、第一倍频晶体(8)、第一平面反射镜(9)、第二倍频晶体(10)、第三45°反射镜(11)；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第一45°反射镜(5) 的一面依次设置有第一谐波反射镜(1 、第三倍频晶体(1 和第一耦合输出镜(14)；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第二 45°反射镜(6)的一面依次设置有第二谐波反射镜(15)、第四倍频晶体(16)、第一和频晶体(17)和第二耦合输出镜(18)；与所述竖直光路垂直的水平光路上面向第三45°反射镜(11)的一面依次设置有第三谐波反射镜(19)、第二和频晶体00)和第三耦合输出镜；与所述水平光路垂直的光路上第三45°反射镜(11)的另一面放置有直角反射棱镜02)；其中所述第一 45°反射镜(5)靠近第一掺杂Nd3+的激光晶体(1)的一面镀有1. Oum和 1. 3um波段范围基频光高反膜；所述第二 45°反射镜(6)靠近第二掺杂Nd3+的激光晶体O)的一面镀有1.3um波段范围基频光高反膜和1. Oum波段范围基频光增透膜，另一面镀有1. Oum波段范围基频光增透膜；所述第三45°反射镜(11)两面均镀有l.Oum波段范围基频光高透膜，靠近第二倍频晶体(10)的一面还镀有0. 2um波段范围紫外光高反膜；所述第一平面反射镜(9)两面均镀有0. 5um波段范围倍频光增透膜，靠近第一倍频晶体(8)的一面还镀有1. Oum波段范围基频光高反膜；所述偏振分束器(7)靠近第二 45°反射镜(6)的一面镀有l.Oum波段范围‘S’偏振和‘P’偏振基频光增透膜，靠近第一倍频晶体(8)的一面镀有l.Oum波段范围‘S’偏振光增透膜，靠近直角反射棱镜0 的一面镀有l.Oum波段范围‘ρ’偏振光增透膜；所述第一谐波反射镜(1 两通光面均镀有1. 3um和1. Oum波段范围基频光增透膜，靠近第三倍频晶体(13)的一面还镀有0.5um波段范围倍频光高反膜；第二谐波反射镜(15) 两通光面均镀有1.3um波段范围基频光增透膜，靠近第四倍频晶体(16)的一面还镀有 0. 6um波段范围倍频光高反膜；所述第三谐波反射镜(19)两通光面均镀有1. Oum波段范围基频光和0. 2um波段范围倍频光增透膜，靠近第二和频晶体00)的一面还镀有0.2um波段范围和频光高反膜；所述第一耦合输出镜(14)靠近第三倍频晶体(1 的一面镀有1. 3um和1. Oum波段范围基频光高反膜及0.5波段范围倍频光高透膜；第二耦合输出镜(18)靠近第一和频晶体 (17)的一面镀有1. 3um波段范围基频光和0. 6um波段范围倍频光高反膜及0. 4波段范围和频光高透膜；第三耦合输出镜靠近第二和频晶体00)的一面镀有l.Oum波段范围基频光和0. 2um波段范围倍频光高反膜及0. 2波段范围和频光高透膜；所述直角反射棱镜面镀有l.Oum波段范围‘ρ’偏振光增透膜且垂直于上述第一掺杂Nd3+的激光晶体⑴和第二掺杂Nd3+的激光晶体⑵的竖直光路与竖直光路垂直的水平光路所构成的平面，a2面和a3面均镀有1. Oum波段范围‘ρ’偏振光高反膜且两平面互相垂直。
2.根据权利要求1所述的基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，其特征在于， 所述第一掺杂Nd3+的激光晶体(1)和第二掺杂Nd3+的激光晶体(2)为掺钕钇铝石榴石 Nd3+: YAG、掺钕钒酸钇Nd3+:YV04、掺钕铝酸钇Nd3+: YAP、掺钕氟化钇锂Nd3+:YLF激光晶体中的同一种晶体，晶体两通光面均镀有1. Oum和1. 3um波段范围基频光增透膜。
3.根据权利要求1所述的基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，其特征在于， 所述第一掺杂Nd3+激光晶体(1)的泵浦源(3)和第二掺杂Nd3+激光晶体(2)的泵浦源(4) 为激光二极管泵浦源或是氙灯泵浦源。
4.根据权利要求1所述的基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，其特征在于， 所述第一倍频晶体(8)、第三倍频晶体(1 和第四倍频晶体(16)均为三硼酸锂LB0、β -偏硼酸钡ΒΒ0、磷酸钛氧钾KTP的同一种晶体，或分别为其中的任意一种晶体。
5.根据权利要求1所述的基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，其特征在于， 所述第二倍频晶体(10)为铯-锂-硼酸盐晶体CLB0、β -偏硼酸钡BBO和三硼酸铯CBO晶体中的一种晶体。
6.根据权利要求1所述的基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，其特征在于， 所述第一和频晶体(17)为三硼酸锂LBO晶体。
7.根据权利要求1所述的基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，其特征在于， 所述第二和频晶体00)为铯-锂-硼酸盐晶体CLBO和β-偏硼酸钡BBO晶体中的一种晶体。
8.根据权利要求1所述的基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置，所述直角反射棱镜0》a3和a2两面互相垂直，al面的长度大于偏振分束器(7)到第三45°反射镜(11) 的竖直方向光路的长度。
9.基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置的激光产生方法按照下述步骤进行1)第一掺杂Nd3+的激光晶体(1)和第二掺杂Nd3+的激光晶体(2)分别吸收侧面第一泵浦源⑶和侧面第二泵浦源⑷辐射的能量后，形成反转粒子数分布，Nd3+在能级4Fv2-4Iiv2 和4F3/2」I13/2之间分别跃迁，产生1. Oum和1. 3um波段范围的受激荧光辐射，辐射的荧光会在各自相应的激光器谐振腔内振荡放大后形成稳定的基频振荡光，其中由两掺杂Nd3+的激光晶体提供的竖直向上发射的1. Oum波段范围的基频光经第一45°反射镜( 反射后第一谐波反射镜(12)入射到第三倍频晶体(13)，经第三倍频晶体(13)倍频产生0. 5um波段范围绿光，产生的绿光与未经转换的l.Oum波段范围基频光一同到达第一耦合输出镜(14)， 1. Oum波段范围基频光被反射后再次通过第三倍频晶体(1 产生倍频绿光，两次通过第三倍频晶体(1 产生的倍频绿光被第一谐波反射镜(1 反射后一同经第一耦合输出镜(14) 水平输出腔外，两次经倍频后剩余的1. Oum波段范围基频光沿原路返回经第一掺杂Nd3+的激光晶体(1)、第二掺杂Nd3+的激光晶体(2)后，与竖直向下产生的l.Oum波段范围基频光一同经第二 45°反射镜(6)到达偏振分束器(7)，偏振分束器(7)将其分成两路，即竖直通过的‘S’偏振和水平反射的‘P’偏振l.Oum波段范围基频光，其中，第一路竖直通过的‘S’ 偏振1. Oum波段范围基频光经第一倍频晶体(8)倍频产生0. 5um波段范围绿光后，经第一平面反射镜(9)反射再次通过第一倍频晶体(8)，两次产生的绿光经第一平面反射镜(9)输出到第二倍频晶体(10)，而剩余‘S’偏振l.Oum波段范围基频光原路返回到第一耦合输出镜(14)，在第一耦合输出镜(14)和第一平面反射镜(9)之间形成稳定振荡与光放大和倍频绿光的产生与输出；2)经偏振分束器(7)水平方向反射的l.Oum波段范围‘ρ’偏振基频光垂直直角反射棱镜面入射到a2面，经a2面和a3面两次反射后，经al面水平方向输出到达第三 45°反射镜(11)；3)步骤1)中所述由第一平面反射镜输出的0.5um波段范围绿光经第二倍频晶体(10) 倍频后产生0. ^kim波段范围紫外光，该波段范围紫外光经第三45°反射镜(11)反射后与步骤2)中到达第三45°反射镜(11)的l.Oum波段范围‘ρ’偏振基频光一同经第三谐波反射镜(19)到达第二和频晶体(20)，经和频作用后，剩余l.Oum波段范围‘ρ’偏振基频光和 0. 26um波段范围紫外光再次通过第二和频晶体OO)，两次和频作用后产生的0. 2Ium波段紫外激光经第三谐波反射镜(19)反射后由第三耦合输出镜水平输出腔外，剩余1. Oum 波段范围‘P’偏振基频光则沿原路返回第一耦合输出镜(14)，在第一耦合输出镜(14)和第三耦合输出镜之间形成稳定振荡与光放大，并与0.沈 波段紫外光和频产生0.21um 波段的紫外激光输出；4)在步骤1)中由两掺杂Nd3+的激光晶体竖直向上发射的1.3um波段范围的基频光经第一 45°反射镜(5)、第一谐波反射镜(1 和第三倍频晶体(1 入射到第一耦合输出镜 (14)，经反射沿原路返回与两掺杂Nd3+的激光晶体竖直向下发射的1. 3um波段范围的基频光一同由第二 45°反射镜(6)反射，通过第二谐波反射镜(15)到达第四倍频晶体(16)产生0. 6um波段范围红光，第四倍频晶体(16)左端面发出的0. 6um波段范围红光经第二谐波反射镜(15)反射后同右端面发出的0. 6um波段范围红光与剩余1. 3um波段范围的基频光一同通过第一和频晶体(17)产生0.4um波段范围蓝光，由第二耦合输出镜(18)水平输出腔外，剩余未经转换的1. 3um波段范围的基频光和0. 6um波段范围红光沿原路返回，1. 3um 波段范围的基频光在第一耦合输出镜(14)和第二耦合输出镜(18)之间形成稳定振荡， 0.6um波段范围红光在第二谐波反射镜(1 和第二耦合输出镜(18)之间形成稳定振荡。
全文摘要
一种基于潜通信应用的蓝、绿、紫外固体激光装置及其激光产生方法，是为了解决目前采用激光二极管或半导体泵浦发射的蓝绿光波，不同程度的存在波段范围较小，功率太低，不能完全满足在海洋通讯中探测需求等技术问题而设计的。本发明以掺杂Nd3+的激光晶体作为工作物质，利用偏振分光棱镜和直角反射棱镜，使不同波长不同偏振方向的基频光在各自独立的谐振腔内分别形成稳定的振荡，同时与非线性和频与倍频技术相结合，实现了蓝、绿、紫外激光同时输出。本发明充分利用了基频光的能量，是具有转换效率高、结构紧凑、运转成本低、调节灵活方便、工作安全、用途广泛等特点，特别适合应用水下探测与水下潜通信等领域。
文档编号H01S3/082GK102570280SQ201210005299
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者李修, 白晋涛, 陈浩伟, 陈秀艳 申请人:沈阳师范大学